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1、1,第9章 AT89S51单片机 的I/O扩展,1,2,2,第9章 目录 9.1 I/O接口扩展概述9.1.1 扩展的I/O接口功能9.1.2 I/O端口的编址9.1.3 I/O数据的传送方式9.1.4 I/O接口电路 9.2 AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计9.2.1 82C55芯片简介9.2.2 工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字9.2.3 82C55的3种工作方式9.2.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计,3,9.3 AT89S51扩展I/O接口芯片81C55的设计9.3.1 81C55芯片介绍9.3.2 81C55的工作方式9.3.3 AT89S5
2、1单片机与81C55的接口设计及软件编程 9.4 利用74LSTTL电路扩展并行I/O口 9.5 用AT89S51单片机的串行口扩展并行口9.5.1 用74LS165扩展并行输入口9.5.2 用74LS164扩展并行输出口 9.6 用I/O口控制的声音报警接口9.6.1 蜂鸣音报警接口9.6.2 音乐报警接口,4,内容概要 AT89S51有4个I/O口P0P3，真正用作I/O口线的只有P1口的8位I/O口线和P3口的某些位线。因此，大多需要外部I/O接口的扩展。 介绍AT89S51与两种常用的可编程I/O接口芯片82C55和81C55的扩展接口设计。此外还介绍使用廉价的74LSTTL芯片扩展并
3、行I/O接口以及用AT89S51串行口来扩展并行I/O接口的设计。最后介绍使用I/O口控制的声音报警接口。,5,9.1 I/O接口扩展概述 扩展I/O接口与扩展存储器一样，都属于系统扩展的内容。扩展的I/O接口应该具有哪些功能？ 9.1.1 扩展的I/O接口功能 扩展的I/O接口电路主要应满足以下功能要求。 1实现和不同外设的速度匹配 大多数外设的速度很慢，无法和s量级的单片机速度相比。单片机在与外设间进行数据传送时，只有在确认外设已为数据传送做好准备的前提下才能进行数据传送。外设是否准备好，就需要I/O接口电路与外设之间传送状态信息，以实现单片机与外设之间的速度匹配。,5,6,2输出数据锁存
4、 与外设比，单片机的工作速度快，数据在数据总线上保留的时间十分短暂，无法满足慢速外设的数据接收。所以在扩展的I/O接口电路中应有输出数据锁存器，以保证输出数据能为慢速的接收设备所接收。 3输入数据三态缓冲 数据总线上可能“挂”有多个数据源，为使传送数据时不发生冲突，只允许当前时刻正在接收数据的I/O接口使用数据总线，其余的I/O接口应处于隔离状态，为此要求I/O接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。,6,7,9.1.2 I/O端口的编址介绍I/O端口编址之前，首先要弄清楚I/O接口和I/O端口的概念。I/O接口是单片机与外设间的连接电路的总称。I/O端口（简称I/O口）是指I/O接口电路中具有
5、单元地址的寄存器或缓冲器。一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口，如数据口，命令口，状态口。当然，并不是所有的外设都一定需要3种端口齐全的I/O接口。每个I/O接口中的端口都要有地址，以便AT89S51通过读写端口来和外设交换信息。常用的I/O端口编址有两种方式，独立编址方式与统一编址方式。,7,8,1独立编址 I/O端口地址空间和存储器地址空间分开编址。优点是I/O地址空间和存储器地址空间相互独立，界限分明。但需要设置一套专门的读写I/O端口的指令和控制信号。 2统一编址 把I/O端口与数据存储器单元同等对待。I/O端口和外部数据存储器RAM统一编址。因此外部数据存储器空间也包括I/O端口在
6、内。 优点是不需专门的I/O指令。缺点是需要把数据存储器单元地址与I/O端口的地址划分清楚，避免数据冲突。,8,9,9.1.3 I/O数据的传送方式 为了实现和不同外设的速度匹配，必须根据不同外设选择恰当的I/O数据传送方式。I/O数据传送方式有：同步传送、异步传送和中断传送。 1同步传送 同步传送又称无条件传送。当外设速度和单片机的速度相比拟时，常采用同步传送方式，典型的同步传送是单片机和外部数据存储器之间的数据传送。 2查询传送 又称有条件传送（也称异步式传送）。通过查询外设“准备好”后，再进行数据传送。优点是通用性好，硬件连线和查询程序简单，但工作效率不高。,9,10,3中断传送 为了提
7、高单片机对外设的工作效率，通常采用中断传送方式，来实现I/O数据的传送。单片机只有在外设准备好后，才中断主程序的执行，从而进入与外设数据传送的中断服务子程序，进行数据传送。中断服务完成后又返回主程序断点处继续执行。采用中断方式可大大提高工作效率。 9.1.4 I/O接口电路 常用的外围I/O接口芯片： （1）82C55：可编程通用并行接口（3个8位I/O口）。,10,11,（2）81C55：可编程的IO/RAM扩展接口电路（2个8位I/O口，1个6位I/O口，256RAM单元，1个14位的减法计数器）。 都可以和AT89S51直接连接，接口逻辑简单。 9.2 AT89S51扩展I/O接口芯片8
8、2C55的设计 先介绍可编程并行I/O接口芯片82C55的应用特性，然后介绍AT89S51与82C55的接口电路以及软件设计。 9.2.1 82C55芯片简介 Intel公司的可编程并行I/O接口芯片，3个8位并行I/O口，3种工作方式，单片机与多种外设连接时的中间接口电路。引脚及内部结构如图9-1和图9-2所示。,11,12,12,图9-1 82C55的引脚图 图9-2 82C55的内部结构,13,1引脚说明 共40个引脚，引脚功能如下： D7D0：三态双向数据线，与单片机的P0口连接，用来与单片机之间传送数据信息。：片选信号线，低有效，表示本芯片被选中。：读信号线，低有效，读82C55端口
9、数据的控制信号。：写信号线，低电平有效，用来向82C55写入端口数据的控制信号。 VCC：+5V电源。,13,14,PA7PA0：端口A输入/输出线。 PB7PB0：端口B输入/输出线。 PC7PC0：端口C输入/输出线。 A1、A0：地址线，用来选择82C55内部的4个端口。 RESET：复位引脚，高电平有效。 2内部结构 如图9-2所示，3个并行数据输入/输出端口，两种工作方式的控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。 各部件的功能如下：,14,15,（1）端口PA、PB、PC 3个8位并行口PA、PB和PC，都可以选为输入/输出工作模式，功能和结构上有差异。 PA口：一
10、个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。 PB口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。 PC口：一个8位的输出锁存器；一个8位数据输入缓冲器。 通常PA口、PB口作为输入/输出口，PC口既可作为输入/输出口，也可在软件控制下，分为两个4位的端口，作为端口PA、PB选通方式操作时的状态控制信号。,15,16,（2）A组和B组控制电路 是两组根据AT89S51写入的“命令字”控制82C55工作方式的控制电路。A组控制PA口和PC口的上半部（PC7PC4）；B组控制PB口和PC口的下半部（PC3PC0），并可用“命令字”来对端口PC的每一位实现按位置“1”或清“0”
11、。 （3）数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为82C55与系统总线之间的接口，用来传送数据、指令、控制命令以及外部状态信息。,16,17,（4）读/写控制逻辑电路 接收AT89S51单片机发来的控制信号 、 、RESET、地址信号A1、A0等，然后根据控制信号的要求，端口数据被AT89S51单片机读出，或者将AT89S51单片机送来的数据写入端口。 各端口工作状态与控制信号的关系见表9-1。,17,18,18,19,9.2.2 工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字可向82C55控制寄存器写入两种不同的控制字。 1工作方式选择控制字82C55有3种基本工作方式：（
12、1）方式0基本输入/输出；（2）方式1选通输入/输出；（3）方式2双向传送（仅PA口有此工作方式）。3种工作方式方式控制字来决定。格式如图9-3所示。最高位D7=1，为本方式控制字的标志，以便与另一控制字相区别（最高位D7 = 0）。,19,20,20,图9-3 82C55的方式控制字格式,21,PC口分两部分，随PA口称为A组，随PB口称为B组。其中PA口可工作于方式0、1和2，而PB口只能工作在方式0和1。 【例9-1】 AT89S51向82C55的控制字寄存器写入工作方式控制字95H，根据图9-3，将82C55编程设置为：PA口方式0输入，PB口方式1输出，PC口的上半部分（PC7PC4
13、）输出，PC口的下半部分（PC3PC0）输入。 MOV DPTR，#H ；控制字寄存器端口地址；H送DPTR MOV A，#95H ； 方式控制字83H送A MOVX DPTR，A ； 控制字83H送控制字寄存器,21,22,2PC口按位置位/复位控制字 为另一控制字。即PC口中任何一位，可用一个写入82C55控制口的置位/复位控制字来对PC口按位置“1”或清“0”。用于位控。格式如图9-4所示。 【例9-2】 AT89S51向82C55的控制字寄存器写入工作方式控制字07H，则PC3置1；08H写入控制口，则PC4清0。程序段如下： MOV DPTR，#H ； 控制寄存器端口地址；H送DPT
14、R MOV A，#07H ； 方式控制字83H送A,22,23,图9-4 PC口按位置位/复位控制字格式,24,MOVX DPTR，A； 控制字83H送控制寄存器，把PC3置1 MOV DPTR，#H； 控制字寄存器端口地址送DPTR MOV A，#08H ； 方式控制字08H送A MOVX DPTR，A ； 08H送控制字寄存器，PC4清0,24,25,9.2.3 82C55的3种工作方式 1方式0 是基本输入/输出方式。T89S51可对82C55进行I/O数据的无条件传送。 例如，AT89S51单片机从82C55的某一输入口读入一组开关状态，从82C55输出控制一组指示灯的亮、灭。并不需要
15、任何条件，外设I/O数据可在82C55的各端口得到锁存和缓冲。因此，方式0称为基本输入/输出方式。 方式0下，3个端口都可以由软件设置为输入或输出，不需要应答联络信号。方式0的基本功能如下：,25,26,（1）具有两个8位端口（PA、PB）和两个4位端口（PC的上半部分和下半部分）。 （2）任何端口都可以设定为输入或输出，各端口的输入、输出共有16种组合。 PA口、PB口和PC口均可设定为方式0，并可根据需要，向控制寄存器写入工作方式控制字，规定各端口为输入或输出方式。,27,【例9-3】 假设82C55的控制字寄存器端口地址为FF7FH，令PA口和PC口的高4位为方式0输出，PB口和PC口的
16、低4位为方式0输入，初始化程序： MOV DPTR，#0FF7FH ； 端口地址#0FF7F送DPTR MOV A，#83H ； 方式控制字83H送A MOVX DPTR，A ； 控制字83H送控制字寄存器,27,28,2方式1 是一种采用应答联络的输入/输出工作方式。 PA口、PB口皆可设成这种工作方式。 在方式1下，82C55的PA口和PB口通常用于I/O数据的传送，PC口用作PA口和PB口的应答联络信号线，以实现采用中断方式来传送I/O数据。 PC口的PC7PC0的应答联络线是规定好的，其各位分配如图9-5和图9-7所示，图中，标有I/O的各位仍可用作基本输入/输出，不作应答联络用。 下介绍方式1输入/输出时的应答联络信号与工作原理。,28,
